Основы гидрогеологии

4.14.1. В каких из перечисленных видов грунтов – пески гравелистые, глины, пески полевые, суглинки – будет больше высота капиллярного поднятия гонтовых вод? Расположите грунты в порядке увеличения высоты капиллярного поднятия. Можно ли определить высоту капиллярного поднятия путем замера воды в пробуренной ранее скважине? Объясните почему (см. прил. 17)

4.10. Схематически покажите (в разрезе) возможные области питания, распространения и разгрузки указанных ниже типов под­земных вод. На схеме отметьте мощность водоносного пласта, водоупор (водоупоры), уровень безнапорных иди пьезометрический уровень напорных вод.

Рис. 4.1. Выражение химического состава воды в графической форме:

а – треугольники анионного и катионного состава; б – графики-диаграммы солевого состава; m – содержание ионов

4.11. Нарисуйте схематический разрез. Покажите на разрезе характеристики водоносных горизонтов, указанные в задании.

4.12. Какие из перечисленных наименований подземных вод: артезианские, агрессивные, солоноватые, грунтовые минеральные, поровые, кислые, пресные, жесткие, хозяйственно-питьевые, на­порные, верховодка, карстовые, нейтральные, мягкие, технические, безнапорные, промышленные, щелочные, межпластовые, термаль­ные, рассольные, трещинные — используются для их классифика­ции по указанному ниже признаку.

4.13. В чем принципиальное отличие водоносных слоев от водоупорных? Какие из перечислен. литологических разностей — пески, глинистые сланцы, известняки, галечники, соли, глины, аргиллиты —могут быть водоупором? Какие из названных гарных пород могут быть водоносными. Объясните почему.

4.14.1. В каких из перечисленных видов грунтов —пески гравелистые, глины, супеси, пески пылеватые, суглинки —будет больше высота капиллярного поднятия грунтовых вод? Расположите грунты в порядке увеличения высоты капиллярного поднятия. Можно ли определить высоту капиллярного поднятия путем замера воды в пробуренной ранее скважине? Объясните почему (см. прил. 17).

4.14.2. Ответьте на вопросы, поставленные в задаче 4.14.1 при­менительно к следующему списку грунтов: лёсс, глина, гравий, песок средней крупности, песок пылеватый.

4.16. Буровой скважиной (абс. отметка устья 54, 6 м) вскрыты (сверху вниз) следующие слои (м): до 10, 4 —супеси, 10, 4...25, 6 — твердые глины, 25, 6...32, 0 —пески крупные и глубже —суглинки, вскрытая мощность которых 8, 0 м. Уровень первого водоносного горизонта установился на глубине 4, 2 м от устья скважины. Уровень второго водоносного горизонта появился на глубине 25, 6 м и установился в обсадных трубах на глубине 1, 5 м от устья скважины. Начертите схематическую колонку скважины и определите то, что указано в задании.

4.17. В скважине, описание которой приведено в задаче 4.16, уровень первого водоносного горизонта установился на абсолютной отметке 51, 8 м, а второго — на абсолютной отметке 52, 9 м. Начер­тите схематическую колонку скважины и выполните задание.

4.18. При бурении трех скважин, расположенных (в плане) углах равностороннего треугольника со стороной 160 м, встречены водо­носные пески, подстилаемые водоупорными глинами. Используя приведенные ниже данные, постройте колонку одной из скважин и определите направление, скорость фильтрации и действительную скорость потока грунтовых вод¹. Вычислите единичный расход грунтового потока.

Данные для расчета	№ скважины	N°	скважины	N°	скважины
Варианты
4.18.1	4.18.2	4.18.3
Абсолютная отметка, м:
устья скважины	24, 3	22, 1	29, 4	37, 0	39, 5	44, 7	61, 3	67, 0	59, 2
уровня воды	22, 4	19, 9	27, 3
кровли водоупора	19, 5	16, 7	24, 1	30, 6	34, 0	36, 5
Мощность Н водоносного пласта, м				4, 6	3, 7	5, 1	9, 0	12, 4	8, 2
Глубина d залегания уровня воды, м							1, 5	2, 3	1, 9
Коэффициент фильтрации к, м/сут	3, 4	3, 4	3, 4	5, 8	5, 8	5, 8	4, 6	4, 6	4, 6
Пористость п песка, %

Решение 4.18.1. Колонка скважины приведена на рис. 4.2, а. Для определения направления потока составляют (в масштабе) план расположения скважин (рис. 4.2, б), указывают их номера и абсолютные отметки уровня грунтовых вод (УГВ) в каждой скважине. Направление потока в плане перпендикулярно гидроизогипсам (или их касательным в отдельных точках, если поток криволинейный). При наличии только трех скважин криволинейность потока не может быть учтена, и все гидроизогипсы (линии, соединяющие точки с равными абсолютными отметками УГВ) будут парал­лельны, поэтому достаточно провести одну из них. С этой целью между скважинами с максимальной (27, 3 м) и минимальной (19, 9 м) отметками УГВ путем линейной интерполяции находят точку с отметкой, равной 22, 4 м (точка А на рис. 4.2, б). Через точку А и скважину 1 проводят гидроизогипсу (жирная линия). Направление потока перпендикулярно гидроизогипсе и направлено в сторону понижения уровня грунто­вых вод (показано стрелкой).

Скорость фильтрации вычисляют между любыми двумя точками, расположен­ными по направлению потока по формуле v = ki, где i = (H1-H2)l гидравлический уклон; H1 и H2 — соответственно напоры в двух точках, расположенных по направ­лению течения воды; l —расстояние между точками, в которых определялись напоры H1 и H2.- Для вычисления скорости фильтрации опускают перпендикуляр на гидро­изогипсу (рис. 4.2, б) и определяют (по масштабу) расстояние от скважины Зло точки Б; l I— 104 м. Напор в любой точке измерят от условной горизонтальной линии, следовательно, в скважине 3 и точке Б их можно принять равными абсолютным отметкам уровня грунтовых вод, т. е. H1 = 27, 3 м; H2 = 22, 4 м, тогда v = 3, 4(27, 3 — 22, 4)/104= 0, 16м/сут

Действительная скорость потока и = v/n = 0, 16/0, 38 =4, 8 *10^-4cm/c =0, 42м/сут.

Расход вычисляем по закону Дарси q = kih, где h —средняя мощность водонос­ного горизонта.

Рис. 4.2. Колонка буровой скважины № 1 и план-схема определения направления потока

4.19. Тремя буровыми скважинами вскрыты напорные воды, залегающие в гравийно-галечниковых отложениях под слоем водо­упорных суглинков. Используя приведенные ниже данные, по­стройте схематическую колонку одной из скважин и определите направление, скорость фильтрации и действительную скорость потока напорных вод, если скважины расположены в плане в углах равностороннего треугольника со стороной 120 м. Вычислите еди­ничный расход потока напорных вод.

Указание 4.19.1 решается аналогично задаче 4.18.1, только вместо гидроизогипсы следует использовать гидроизопьезу. Формулы для расчета остаются те же.

4.20. Постройте схему и определите единичный расход грунто­вого потока по результатам замеров, выполненных в двух скважинах, расположенных на расстоянии 200 м по направлению течения, если коэффициент фильтрации однородных водовмещающих пород ра­вен 5, 2 м/сут. Определите действительную скорость потока.

.

Указание (см. рис. 4.3). Единичный расход потока при наклонном водоупоре определяют по формуле

q = К_ф (H₁-H₂)(h₁ + h₂)b/(2L),

где К_ф = 5, 2 м/сут —коэффициент фильтрации; Н₁ и Н₂ —напоры соответственно в скважинах 1 и 2, отсчитываемые от любой условной горизонтальной плоскости, h₁ и h₂ — мощность водоносного пласта соответственно в скважинах 1 и 2; b — ширина потока, принимаемая при определении единичного расхода, равной одному метру; L = 200 м —расстояние между скважинами. Модность водоносного пласта в сква­жинах вычисляют как разность абсолютных отметок уровня грунтовых вод (УГВ) и кровли водоупора. Значения Н₁ и Н₂ принимают равными абсолютным отметкам УГВ в скважинах 1 и 2.

Определение действительной скорости см. в примерах 4.18.1.

Рис. 4.3. Схематический разрез потока фунтовых вод на наклонном водоупоре

4.25. Скважиной, пробуренной в долине реки, вскрыты водо­носные пески и подстилающий их водоупор (рис. 4.6). После строительства плотины уро­вень в реке поднялся. Ис­пользуя приведенные ниже результаты замеров, построй­те схему, определите подпор фунтовых вод в скважине и расход потока грунтовых вод с учетом подпора. Превыше­ние устья скважины над точ-

кой перегиба рельефа, точ­кой А, равно 2, 1 м.

Указание. Подпор в скважин

Расход потока можно определить по специальной формуле (см. пример решения задачи 4.20.1).

4.26. По данным, приведенным ниже, постройте схему и опре­делите приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания при горизонтальном водоупоре.

4.27. По данным, приведенным ниже, постройте схему и опре­делите приток воды в совершенную скважину, вскрывшую напор­ные воды.

Решение 4.27.1. Схема для решения задачи и исходные данные приведены на рис. 4.8

Рис. 4.8. Расчетная схема для определения при­тока воды к скважине в напорном водоносном горизонте:

4.28. По данным, приведенным ниже, постройте схему и опре­делите величину двустороннего притока фунтовой воды к совер­шенной канаве.

Решение 4.28.1. Схема для решения задачи и исходные данные приведены на рис. 4.9. Двусторонний приток к совершенной канаве:

Q = kL(H²—h²)/R,

где R = 2S (Hк)^-0.5 —радиус влияния; h = (Н — S) —высота воды в траншее во время откачки. Абсолютную отметку статического уровня вычис­ляют как разность абсолютных отметок поверхности земли и глубины залегания уровня грунтовых вод 82, 5 —1, 3 = 81, 2 м. Понижение

ровня равно разности абсолютных отметок статического и динамического уровне S =81, 2—80, 0=1, 2 м. После эгого вычисляют R и Q.

4.31. По приведенным ниже данным постройте схему и опреде­лите производительность поглощающего колодца (скважины), предназначенного для сброса очищенных поверхностных ливневых вод в водоносный горизонт фунтовых вод с целью пополнения динамических запасов.

Указание. Производительность поглощающего колодца (скважины) в грунто­вых водах

q= 1, 366k(h² - H²)/(lgR-lg r)

где h — высоты воды в скважине при наливе. Остальные обозначения те же, что и в задаче 4.26.

4.32. По приведенным ниже данным постройте схему и опреде­лите производительность поглощающего колодца (скважины), предназначенного для закачки технических очищенных вод в на­порный водоносный горизонт, залегающий под слоем водоупорных глин.

Решение 4.32.1. Схема построенная по исходным данным, приведена на рис. 4.10. Производительность поглощающего колодца в напорных водах

q=2, 73kmS /(lgR-lgr)

где S= (h — H) —повышение уровня воды в колодце при наливе; h — вы­сота столба воды в колодце при на­ливе, отсчитываемая от кровли нижнего водоупора; R — радиус вли­яния налива на повышение напора в водоносном пласте.

Мощность водоносного пласта вычисляют как разность абсолютных отметок подошвы верхнего и кровли нижнего водоупоров: т = 35, 7—14, 1= = 21, 6 м. Абсолютную отметку пье­зометрического уровня получают, прибавив к абсолютной отметке кровли нижнего водоупора величину напора (Н): 14, 1 + 46, 2 = 60, 3 м. По­вышение уровня равно разности ди­намического и пьезометрического уровней: S= 65, 3 - 60, 3 = 5, 0 м. Ра­диус влияния приближенно опреде­ляют по формуле Зихарда: R=10Sk^0.5=114.0 м, тогда q=2.73*5.2*21.6*5 /(lg114.0 – lg0.152)=533.3 m³/сут.

4.36.1. По условию задачи 4.26 или 4.27 постройте схему и определите понижение уровня, необходимое для достижения задан­ной производительности скважины.

Указание. Понижение уровня можно определить по формулам Дюпюи:

S= q(lgR – lgr)/[1.366k(H+ h)] при L > 0, 5R;

S= q(lg2L – lgr)/[1. 366k(H+ h)] при L < 0, 5R

Все обозначения приведены в примере к задаче 4.26.1.

4.45. При выполнении разведочных работ пробурено 12 сква­жин, расположенных в плане в углах квадратной сетки, как показано на рис. 4.14, на расстоянии 25 м друг от друга. В табл. 4.3 приведены абсолютные отметки устьев скважин (в числителе) и результаты одновременного замера глубин залегания уровней фунтовых вод (в знаменателе). Используя эти данные, постройте на топографиче­ской основе карту гидроизогипс масштаба 1: 500, приняв сечение горизонталей и гидроизогипс через 1 м. На карте покажите направ­ление потока и выделите участки с глубиной залегания уровня фунтовых вод менее 2 м.

Указание по построе­нию карты гидроизогипс. В заданном масштабе нано­сят на карту план располо­жения скважин, обозначая их кружками диаметром 2 мм, как указано на рис. 4.14 для варианта 4.45.1. Слева от каждой скважины записывают ее номер, спра­ва в числителе —абсолют­ную отметку устья, в зна­менателе — абсолютную отметку уровня грунтовых вод (УГВ). Абсолютную от­метку УГВ в каждой сква­жине вычисляют как раз­ность между отметкой устья и глубиной залегания УГВ. Находят далее путем интер­поляции между абсолютными отметками устьев скважин точки с абсолютными отметками, равными целому числу (по заданию сечение горизонталей и гидрою изогипс через 1м). Соединив точки с одинаковыми отметками плавными линиями, получают горизонтали рельефа (на рисунке обозначены тонкими линиями). Анало­гично путем интерполяции находят точки с абсолютными отметками УГВ.

Соединив точки с одинаковыми отметками УГВ плавными линиями, получим гидроизогипсы (на рис. 4.14 —жирные линии). Интерполяцию удобно производить: помощью палетки (рис. 4.15, а), представляющей собой систему параллельных линий (масштабную сетку), проведенных на кальке на равном расстоянии друг от друга (обычно 2...5 мм). Выполняется интерполяция в такой последовательности. Точки, отметки уровней которых подлежат интерполяции, соединяют вспомогатель­ной прямой линией (после окончания работы линия может быть стерта). Палетка накладывается на одну из точек таким образом, чтобы отметка на палетке и отметка точки совпадали. Эта точка фиксируется путем прокола булавкой. Далее палетка поворачивается вокруг булавки до тех пор, пока отметка второй точки не совпадает с отметкой по палетке. На пересечении отрезка, соединяющего точки с масштабной сеткой палетки, находят искомые точки (рис. 4.15, 6). Целесообразно производить интерполяцию, соединяя ближайшие точки отрезками так, чтобы последние обра­зовывали в плане треугольники или четырехугольники (в данной задаче — квадраты). При составлении карты гидроизогипс нельзя интерполировать между точками, расположенными по разные стороны поверхностных водотоков и водоемов. Для выделения участков с глубиной залегания УГВ менее 2 м находят точки пересечения горизонталей и гидроизогипс с разностью отметок 2 м. Линия, проведенная через

а)

Рис. 4.16. Фрагменты карт гидроизогипс

эти точки, — гидроизобата — будет границей участка. На рис. 4.14 гидроизобата пока­зана пунктирной линией, а участок с глубиной залегания УГВ менее 2 м заштрихован.